Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Мигиитоаииигчеекие х~аДуияигары света также основаны на эффекте вращения плоскости поляризации света. В этом типе модуляторов, как правило, используют эффект Фарисея. Его суть заключается во вращении плоскости поляризации линейного поляризованного света, распространяющегося в веществе вдоль постоянного магнитного поля. Дело в том, что под действием магнитного поля показатель преломления и и и для циркулярно право- и левополяризованного света отличаются друг от друга. Следовательно, составляющие линейно поляризованного света распространяются с различными фазовыми скоростями, приобретая разность хода. В результате плоскость поляризации линейного поляризованного света с длиной волны к, прошедшего путь 1, поворачивается на угол х1(и — и ) 6= ). Ввиду того, что величина (и — и ) зависит от магнитного поля Н, угол фарадеевского вращения выражается соотношением 0= УН(, где величина 1'называется постоянной Верде и зависит от свойств вещества.
Эффект Фарадея слабо зависит от температуры. В качестве магнитооптического элемента нспользУютсв монокРисталлы УЗЕе,Оп, С,Вги ИзМРез и дР. Это позволЯет полУчать мо- дуляторы света при магнитньщ полях — 1О А!М на частотах да 200 М! ц прн управляюгцей мощности до 0,1 Вт. Чиешатиые мадзяятары используют явление сдвига частоты (длины волны) при прило- 'кении электрического поля.
Для оптических частотных модуляторов возможен неболь- шой сдвиг частоты, поэтому детектирование такого сигнала вызывает значительные тех- нические трудности. Обычно в этом случае используют сложный метод гегеродинирова- ння света. Частотные молуляторы разработаны на акустооптнческих эффектах. Часть!И. Квантовая и оптическая электроник рассмотрим геперь икустослллпескве л~обт»ляасры и дефлекторы. Показатель преломления вещества можно изменить не толька с помощью электрическо„о или магнитного полей, но и путем механической деформации.
Это явление называе~ „ фотоупругостью или инзооптическим эффектом, Разность фаз возникает под действием механических напряжений на эффекте двулучепреломления. Напряжение в среде и, сл довательно, изменение показателя преломления периодичны и повторяют период длины акустической волны Лкустическая волна при распространении в оптически прозрачной среде формирует п следовательные изменения показателя преломления. Образуется структура, аналогичная дифракционной решетке.
Если период стрултуры меньше ширины светового пучка, то иа ней наблюлается дифракция света. Различают два режима дифракции света на звуковых волнах. Физической основой режима Рамана — Ната является условие дифракции на звуковом столбе с образованием ряда дифракционных максимумов, углы которых выражаются как з1пбл=вУ.УЛ, где ьч= О, Н, 12, 23...; 1 — частота света; Л частота звуковой волны (рис. 52,а] В режиме Рамана — Ната должно выполняться условие !«Л !Л. в! б) Рис. 5.2. схема дифракции света на зеухоеов волне: е — режим Рзмана — ната; е — режим оР згтз 5. Устройства управления световыми потоками 573 бзизическай основой режима Брэгга является условие того, что дифрагированный свет из падающего пучка вновь сильно дифрагирует перед тем, как покинуть акустическое поле.
В этом случае гасятся все порядки, за исключением одного первого. Брзгговский угол определяется зависимостью япбк= ус12Л. В режиме дифракции Брэгга необходимо выполнение условия 1» Л /7.. Решетка Рамана-Ната называется тонкой решеткой, а акустическая решетка Брэгга называется толстой. На основе этих эффектов создаются модуляторы и дефлекторы света. В качестве материалов для акустооптических модуляторов на частотах до 250 МГц используются: тяжелый флинт ТФ?, кристаллы РЬМоОи ТеОз, Ы?4ЬОи в ИК-диапазоне Ое и ОаАз. Контрольные вопросы С Что такое дефлсктор? Какие функции оп выполняет? 2 Что такое модулятор? Какие функции он выполняет? 3.
Какие типы модуляторов вы знаете? 4. Какие физические явления лежат в основе рагюты амплитудного люлулятора? 5. Какие физические явления лежат в основе работы фазового модулятора? б. Какие фи шческне явления лея<ат в основе работы магнитооптического модулятора? 7. Расскажите об особенностях дифракции света на акустической волне. Рекомендуемая литература Интегральная оптика. Под ред.
Т. Тамира. — Мс Мир, !978. 2. Клэр Ж. Ж. Введение в интегральную оптику. — Мс Советское радио, 1980. 3. Свечников П С. Интегральная оптика. — Киев, Наукова думка, 1988. 6. Приемники излучения ))рлеплякн излучения предназначены лля регистрации сигналов в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне частот. В основе их работы лежат явления и эффекты, связан ные с преобразованием оптического сигнала в электронный сигнал. Речь идет, преж!с всего, о фотагальваническом (фотовольтаическом) эффекте. Фотогсмьаплнческнй эффект связан с возникновением электрического така (фототека) при освещении полупроводника, включенного в замкнутую цепь, или возникновением ЭДС на освещаемом образце при разомкнутой анен~ней цепи (фото-ЭДС).
Если выходной электрический сигнал возникает при преобразовании энергии фотона в первичную реакцию фотоприемника, то он относится к классу фотонных или квантовых фотоприемников. Все лругие эффекты преобразования световой энергии относятся к тепловым фотоприемникам. В квантовой электронике и оптоэлектронике в основном используются квантовые фотоприемники, которые подразделяются на фотолиолы с р — п-переходом, фотолиолы со сложной структурой, фоторезисгоры, фотоэмиссианные приемники — фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и электронно-оптические преобразователи )ЭОП).
К фотонным приемникам следует отнести также ПЗС-приемники — матричные или линейные преобразователи на приборах с зарядовой связью. 6.1. Фотодиоды Фогпогильваилчесхий эффект возникает при поглогцении света полупроволником прн олновременной генерации подвижных носителей — электронов и дверок. Эти носители Разделяются в пространстве.
Причиной разлелення носителей может быть электрическое поле приэлектролного барьера Шоттки на контакте "металл--полупроводник", поле Р— и-перехода или гетеропереход. На рис. б.! представлена схема р — и-перехода„ на который падает излучение с энергией фотонов Лге 1 Е„гле Е, — ширина запрещенной зоны. При освещении р — -и-перехола по глощение фотона может произойти в области объемного его заряда. Пол возлействие' внутреннего поля перехода носители заряда будут перемещаться в пративоположн ных но в направлениях: электроны будут стремиться в и-областгч а дырки соответственно р-область. Вероятность этого процесса мала, потому что толщина слоя объемного зар за яла невелика. )на Основная часть носителей генерируется в областях, примыкающих к р- п-перехолУ, рис. 6.! они обозначены как области й и 3).
вб Если генерация происходит на расстояниях меньше диффузионной длины электроно~ я с осдырок Е„, то сгенерированные носители пойдут ло р — п-персхола, не рекомбинируя с 575 б. Приемники излучения новными носителями этих областей. В области объемного заряда неосновные носители сортируются полем р — и-перехода: избыточные носители накапливаются в разных областях, что приводит к возникновению фото-ЭДС и фототока при наличии внешней цепи. Рис. ад. Схема процессов, происходящих в р — и-переходе под воздействием авета В результате разделения носителей р-область будет заряжаться положительно, а и-область — отрицательно. Фототок через р- -и-переход протекает независимо от приложенного напряжения и имеет аид; (б.1) где г,— ток насыщения, создаваемый свободными носителями заряда;,уй — фототок, пропорциональный скорости генерации избыточных электронно-дырочных пар в области диффузионных длин неасновных носителей; 11У вЂ” ' Е„, — Е„,, Вольтамперная характеристика фотодиода представлена иа рис.
6.2. Значение фото-ЭДС можно определить, положив 1 = О. Тогда; Е'„= — 1и 1ь— Такой процесс разделения зарядов и формирования ЭДС называется вентильным или барьерным ЭДС, Если к р- — и-переходу приложить обратное напряжение, по величине равное напряжению лааинного пробоя, то возможно усиление фото-ЭдС за счет лавинного умножения гене- Рироаанных светом носителей. 21аяинные фотодиоды перспективны при обнаружении слабых оптических сигналов.
Существует н объемная ЭдС, вызываемая разделением пар носителей неоднородностями а обьеме образца. Это может. быть изменение концентрации легируюших примесей н изМенение химического сосзааа сложных полупранодников. Причиной разделения пар яя- Часть !!!. Квантовая и оптическая алектрони„ 576 ляется встроенное электрическое поле, возникающее в результате изменения положения уровня Ферми. Такие полупроводники называются варизонными.
Фотогальваническ„й эффект применяется в фотодиодах, фототранзисторах, фототиристорах, т.е. во всех ф топриемниках с р — п-переходом. Рис. 6.2. Вольтамперная характеристика фотодиода: 3, — ток насыщения; .1а — фототок; 3., — ток короткого замыкания; Е,ь — фото-ЗДС; 1 — освещение отсутствует; 2 — освещение присутствует Большое распространение получили р — ! — п-диоды, в которых 1-область состоит из слабо легированного полупроводника. Электрическое поле в 1-области ускоряет транспорг носителей и снижает барьерную емкость фотодиода, Последнее обстояте.шство позволяет снизить величину емкости на входе предусилителя и уменьшить время переходных процессов.
Диоды на р — 4 — и-структуре позволяют обеспечить высокую чувствительность в длинно- волновой области спектра при увеличении 1-области, в которой поглощается порядка 90% излучения. Малые рабочие напряжения в фотодиодном режиме позволяют обеспечить совместимость р — 1 — п-диодов с интегратьными схемами. Фотолиоды Шоттки со структурой "металл — полупроводник" позволяют повысить быстродействие приемников излучения до 1О с.
-щ В таких структурах граница спектральной характеристики сдвигается в сторону оолее длинных волн. Фотодиоды Шоттки обладают малым сопротивлением базы фотолиода " инерционность таких приборов определяется временем пролета фотоносителей через область объемного заряда (примерно 10' — 10 с). Простота создания выпрямляющих фоточувствительных структур с барьером Шотт оттки на различного типа полупроводниках (даже на тех, на которых нельзя сформирова овать Р- — и-переход) открывает большие перспективы использования фотодиодов Шот тки. Фотодиоды на гетераструктурах позволяют создать фотоприемные устройства с ~ с кПД близкиь~ к ! 00%. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
